Metabolismo Mitocondrial

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BIOLOGIA CELULAR 
METABOLISMO MITOCONDRIAL 
Todos os seres vivos precisam de energia para sobreviver. Existem vários 
processos químicos que farão parte do metabolismo, e dentre eles existe o 
processo de respiração celular, sendo que a mitocôndria faz um papel 
primordial no metabolismo após a ingestão. 
 
Glicose: 
É um carboidrato produzido nas células eucarióticas e vegetais pela 
fotossíntese, e nos eucariontes animais a glicose é obtida através da 
alimentação no processo de digestão. 
É uma molécula de muita energia – C6H12O6. A energia das ligações 
serão utilizadas no processo de respiração celular, que consistirá em 
retirar a energia da molécula de glicose e transferir essa energia para o 
ATP. A respiração celular consiste em 3 etapas principais: Glicólise, Ciclo 
de Krebs e Fosforilação oxidativa. 
 
Trifosfato de adenosina (ATP) 
É a principal moeda energética das células 
O ATP será produzido a partir da energia da luz no caso das células vegetais 
ou dos alimentos no caso das células animais. 
A energia será utilizada para a manutenção da célula 
 
Moléculas carreadoras ativadas 
NAS+/NADH: dinucleotídeo de nicotinamida e adenina 
FAD+/FADH: dinucleotídeo de flavina e adenina 
Tais moléculas são coenzimas aceptoras, são capturadoras de elétrons e 
hidrogênio. Também vão carregar energia para ser usada na fabricação do 
ATP. 
As formas reduzidas dessas coenzimas podem transferir prótons e elétrons 
para outras moléculas reduzindo-as. 
A oxidação vai se aplicar a transferência de elétrons de um átomo a outro. 
A oxidação no processo de respiração celular se refere a remoção de elétrons 
e tal redução significa adicionar elétrons a essas moléculas. 
Esses carreadores serão importantes pois carregam elétrons e energia para 
a produção de ATP. 
 
• Metabolismo Mitocondrial 
Após a alimentação, haverá a ruptura gradual das ligações covalentes de 
compostos orgânicos para gerar energia em forma de ATP, originado da 
Glicose ou dos Ácidos graxos 
 
Há um fluxo contínuo de energia que vem da luz ou alimentos 
Todos os organismos precisam dessa energia, que virá da luz 
fotossintetizante no caso nas plantas ou bactérias ou de ligações químicas 
dos alimentos. 
 
O processo da quebra de glicose que será a Glicólise ocorrerá e a energia 
será transferida para a molécula de ATP. As mitocôndrias aproveitam a 
energia para produzir energias dentro delas. Sem as mitocôndrias, os seres 
seriam incapazes de utilizar oxigênio para extrair o máximo de energia a 
partir das moléculas de alimentos que as nutrem. 
 
A célula é capaz de obter energia a partir de açúcares ou moléculas orgânicas 
que possibilita que átomos de carbono e hidrogênio se combinem com 
oxigênio, ou seja, se tornem oxidadas produzindo CO2 e água pelo processo 
de respiração celular. 
 
Quando o organismo está em repouso, as células usam a glicose 
proveniente do Glicogênio. 
 
• 3 estágios do metabolismo celular: 
Estágio 1: ocorre fora das células e os compostos entrarão na célula e 
depois dentro da mitocondrial. Os açúcares na forma de glicose quando 
estão dentro da célula haverá reações químicas que darão origem ao 
piruvato, ATP e NADH. O piruvato será encaminhado para dentro da 
mitocôndria. As gorduras ingeridas serão levadas para a célula pelos 
ácidos graxos e por glicerol, que entrarão na mitocôndria para serem 
transformados em acetil-CoA. 
Estágio 2: o piruvato produzido consiste no estágio 2 
Estágio 3: O acetil está produzido, e o acetil-CoA passará pelo Ciclo do 
Cítrico, assim ocorrendo a cadeia transportadora de elétrons até a 
produção de ATP. 
 
Como a glicose chaga até a célula? 
A glicose presente nos alimentos cai na corrente sanguínea sendo levada 
para dentro da célula com o auxílio da insulina (hormônio produzido pelo 
pâncreas) e a insulina ajuda no carregamento da glicose até a célula. 
 
• Nos animais, os ácidos graxos são uma fonte de energia mais 
importante que os carboidratos. Cada um dos elementos armazenados 
na célula serão utilizados metabolicamente separados. 
• O Glicogênio é uma energia mais disponível, enquanto as gotas 
lipídicas são estocadas para períodos mais longos. 
 
 
Metabolismo de conversão de energia nas mitocôndrias 
 
As mitocôndrias podem utilizar o piruvato ou ácidos graxos como 
combustível para fazer reações. 
 
O PIRUVATO é derivado da glicose e de outros açúcares, enquanto os 
ÁCIDOS GRAXOS são derivados das gorduras. Os animais armazenam 
ácidos graxos na forma de gotículas de gorduras insolúveis em água, que são 
os Triacilgliceróis. 
- Baixos níveis de glicose no sangue, levam a degradação dos ácidos graxos. 
Ou seja, quando há baixo nível de glicose, há uma hidrólise dos 
triacilgliceróis, transformando as moléculas de gordura em ácidos graxos, 
levando a produção de energia. Os ácidos graxos será liberados e transferidos 
para as células através da corrente sanguínea. Na corrente sanguínea, tais 
ácidos graxos irão se ligar a proteína albumina sérica e os transportadores 
de ácidos graxos da membrana plasmática vão oxida-los. 
 
- O piruvato será derivado da glicólise. Será produzido no citoplasma pela 
oxidação da glicose através do processo de glicólise. Isso levará a produção 
de 2 moléculas de piruvato além da produção de piruvato, haverá a produção 
de ATP e 2 moléculas NADH. Esse processo ocorre com gasto de energia. 
O ATP fornecerá o fosfato para a glicose, e isso fará com que a glicose se 
quebre, liberando elétrons e prótons hidrogênios, capturando a energia pelo 
NADH, assim, novas reações ocorrerão até a produção do ácido pirúvico. Na 
Glicólise, não há produção de água e nem gás carbônico ou auxilio do 
oxigênio, por isso é uma fase anaeróbia. 
Caso não haver a participação do oxigênio carregado pela corrente 
sanguínea, haverá o processo de fermentação, no caso das bactérias. 
No metabolismo anaeróbio, o piruvato produzido no citosol será 
transportado da mitocôndria para as células eucarióticas. O balanço final de 
1 molécula de glicose são 2ATP+2NADH- H+2Piruvatos. 
 
• Quando as moléculas energéticas de ácidos graxos e piruvato já estão 
no interior das mitocôndrias, haverá novas etapas do metabolismo 
para converter energia. Na mitocôndrias haverá oxidação dos ácidos 
graxos, ou seja, a beta-oxidação dos ácidos graxos. Contudo, haverá 
a remoção dos carbonos e uma molécula de acetil-CoA será gerada. 
Então, no interior das mitocôndrias o piruvato será descarboxilado por 
um complexo de 3 enzimas, chamado de Complexo piruvato-
desidrogenase, onde o piruvato passará pelas enzimas e haverá a 
produção de uma molécula de CO2, de NAD e uma de acetilCoA. 
 
O acetil-coA será um intermediário metabólico pois desencadeia reações que 
consistirá no Ciclo do Ácido Cítrico, conhecido com Ciclo de Krebs 
 
O Ciclo do ácido cítrico que ocorre na matriz mitocondrial, vai capturar a 
energia de ligação liberada pela oxidação na forma de elétrons, e esses serão 
carregados pelo NAD, que será gerado pela oxidação do grupo acetila. 
Assim, o NAD transportará os elétrons pela cadeia transportadora de elétrons 
na membrana interna da mitocôndria, onde a energia desses elétrons será 
convertida em energia de ligação de fosfato no ATP. Resumindo, o NADH 
transfere seus elétrons da matriz para a cadeia transportadora de elétrons e 
esses vão caminhar através dela, gerando prótons, que vão entrar novamente 
na matriz mitocondrial através de pontos específicos formados por canais 
proteicos, onde haverá o complexo ATP sintase. 
 
Ciclo do Ácido cítrico – CICLO DE KREBS 
• É uma das etapas da respiração celular, onde vai ocorrer a degradação 
de uma molécula orgânica resultando em gás carbônico, água e 
energia, que será utilizada nas demais reações da célula. 
• Para 1 molécula de glicose há a produção de acetil-CoA. O piruvato 
produzido no citoplasma encontra uma reação e as moléculas de 
acetil-CoA dentroda mitocôndria. 
• O CoenzimaA será importante pois é a partir desse que se inicia o 
Ciclo do Ácido cítrico, reagindo com o acetato constituído por 4 
carbonos, que formará o Citrato. A Co-A é liberada para se ligar ao 
novo grupo acetil, produzindo um carreador de prótons e elétrons, o 
NAD, então novas reações vão acontecer até chegar na produção de 
GTP, que poderá ser convertido em ATP para ser utilizado. Há 
também a produção de outro carreador, o FADH2 que será usado na 
cadeia respiratória. O oxaloacetato após tais reações, será regenerado 
podendo reagir novamente com o acetil-CoA, se iniciando o Ciclo. 
• Haverá a produção de CO2 
• Haverá a produção de 3 NAD 
• Haverá a produção de GTP 
• Haverá a produção de 1 FAD 
• O resultado final após o Ciclo do ácido cítrico será de 2GTP + 
6NADH-H + 2FADH² + 2CO²6. 
 
Cadeia transportadoras de elétrons 
• Ocorre na unidade de membrana interna, especificamente nas cristas 
mitocondriais. 
• Composta por processos enzimáticos 
• Os elétrons serão transferidos de um complexo para o outro liberando 
energia em cada etapa. Ou seja, ocorre para produzir energia 
necessária para a produção de ATP. 
• A principal função é produzir energia que será utilizada para bombear 
os prótons para o espaço inter-membrana. O gradiente de prótons H+ 
será utilizado para gerar a força na síntese de ATP. 
 
• Transferência de elétrons através dos complexos enzimáticos da 
cadeia transportadoras de elétrons: 
 
É na unidade de memb interna da mitocôndria que estão presente os 
diferentes complexos da cadeia transportadoras de elétrons 
A cadeia transportadora de elétrons é formada por 5 complexos 
Complexo I: É o maior complexo da cadeia respiratória, chamado de NADH 
desidrogenase, contendo 22 polipeptídeos e um tamanho aproximado de 
800KD. É nele que se inicia o transporte de elétrons da cadeia. O íon hidreto 
é removido por oxidação da NAD e há a produção de próton e elétron. Tal 
próton será bombeado para um espaço intramembranoso, e então a reação 
será controlada pela NAD desidrogenase. É nessa fase que ocorre a 
transferência de elétrons. 
 
Complexo II: É chamado de Succinato Ubiquinona redutase. Nesse 
complexo o FAD entrará deixando elétrons, para que sejam transferidos para 
o Citocromo Q, chamado de Ubiquinona. Nessa fase não há o bombeamento 
de prótons e por isso o FAD carrega uma menor quantidade de energia 
quando comparado com o NAD. A Ubiquinona fará o transporte de elétrons 
saindo do Complexo I para o III além do transporte do FAD. 
 
Complexo III: Chamado de Citocromo bc1, contendo 8 polipeptídeos com 
tamanho de aproximadamente 500KD. Nesse complexo existe uma estrutura 
chamada de Citocromo C. Esse complexo irá oxidar a Ubiquinona e então os 
elétrons serão transferidos para o Citocromo C que vai remeter tais elétrons 
para o próximo complexo. O NADH bombeará o próton para o espaço 
intramembranoso. 
 
Complexo IV: Chamado de Citocromo oxidase, formado por 9 polipeptídeos 
e apresenta um tamanho de 300 KD. O Citocromo oxidase usará os elétrons 
provenientes do Citocromo C e tais elétrons vão percorrer a estrutura 
produzindo um bombeamento de 4 prótons, sendo eles 2 NAD e 2 FAD. 
Além disso, o Citocromo oxidase retira os elétrons da cadeia para oxidá-los, 
e a casa 2 pares eletrônicos terá associação com o hidrogênio, formando água 
metabólica. Todos os elétrons liberados ao longo da cadeia respiratória 
caminharão em direção ao oxigênio para chegar na mitocôndria. 
 
Complexo V: Chamado de ATP sintase, com tamanho de 500KD. No espaço 
intramembranoso, haverá muitos prótons, tornando esse espaço positivo, 
enquanto a matriz mitocondrial é negativa, com isso, os hidrogênios entrarão 
novamente na matriz mitocondrial por canais específico, acabando dando 
força necessária para gerar energia. 
A ATP sintase vai girar com a passagem dos prótons, havendo a produção 
de uma molécula de energia. Na memb interna da mitocôndria haverá vários 
complexos se repetindo. 
*Ao longo dessa cadeia transportadora de elétrons, eles serão transferidos 
nas cristas da memb interna em direção ao oxigênio, gerando prótons para 
serem utilizados para direcionar a produção de ATP pela a ATP sintase. Esse 
processo também é conhecido com fosforilação oxidativa que tem como 
objetivo a produção de ATP, para que a célula se mantenha.